浅析地铁列车运行自动调整算法的优化

吴 涛

地铁列车在载客运行时，一般情况是按照列车的运行计划正点运行，但是现实环境复杂多变，容易产生列车早晚点的情况，列车没有按照计划时间到达，就需要进行运行调整。一般列车早点时间不会太长，用增加停站时间来解决即可;而对于列车晚点的情况，相对就要复杂得多。

如图1所示，如果受某种不可控因素影响出现了列车大面积晚点，经过一段时间的抢修，故障排除，列车继续运行，在这种情况之下，就需要快速调动运力，最大限度地保障旅客运输任务。首先在大量站台客流的情况下，将旅客安全、及时地送达目的地;其次，尽量满足列车载客的乘坐舒适度，也就是控制列车的拥挤程度，在客流量集中时，使列车密集运行，以最大运量疏导客流。

本文就是创建一套更加合理的调整方案，在列车重大延误的时候，能够较好地疏散因延误积累的客流。此调整方案被称为客流累计调整法。

图1 列车运行调整方框图

1 现有调整方法调查

现有的调整方法都是放在ATS(Automatic Train Supervision)列车自动监督系统中。ATS系统是ATC列车自动控制系统的一个子系统，用来监控列车，调整各个列车的运行以满足时刻表，并提供数据用来支持调整服务，以应对各种不可预期的因素所产生的扰动，力求使这种扰动所带来的干扰对运行服务的影响最小化。

在CBTC基于无线通信的列车自动控制系统中，区域信息处理单元将所有列车位置信息，包括到站和离站事件信息，转发到列车运行监督系统ATS系统中，根据这些信息检测列车运行。如果列车运行是进站或离站，ATS系统将会把此事件报告到时刻表比较单元和乘客信息显示系统;时刻表比较单元计算时刻表的偏差并发送调整命令到列车自动调整单元;列车自动调整单元将调整结果转换成合适的列车调整命令，然后通过过程连接转发到列车ATO。停站时间也被发送到控制着停车时间指示器的特定本地前端处理器，且离站时间被报告到进路自动排列单元，计算每列列车的预计到站时间，并被发送到乘客信息显示系统，由乘客信息显示系统进行存储和管理。

在ATS系统中，现有技术在列车重大晚点的时候，主要有以下几种调整方案。

1.等间隔法。当列车运行发生大规模晚点，与当日的计划运行图偏离时间超过规定范围后，系统以起始站或终到站为基点对所有列车自动按等间隔运行原则生成调整计划，经调度员确认后对全线列车进行调整。

2.时间校正法。当对系统中的所有列车实施“时间校正法”后，能够使聚团的列车很快回到时刻表上。对延迟的列车指定更短的运行时间和停站时间，而对早点很多的列车指定更长的运行时间和停站时间，在终端站折返后，校正时间继续有效，直到所有列车运行信息校正为当日的列车运行计划。

3.时刻表平移法。对列车时刻表计划在时间轴上进行整体平移，达到列车运行调整的目的。

2 现有调整法存在的不足

现有的这几种调整方法都没有考虑在列车发生重大延迟的时候，随着延误的时间越长，客流量会发生累计，在地铁站会积累大量的人流，当故障排除后，列车正常运行，需要及时、快速地疏散这些人流。

1.等间隔法。重大晚点后，按照等间隔的方法生成新的列车运行计划，新计划列车相隔时间一致，并没有考虑到因晚点积累的人流量，致使重新开始运行的前几趟列车超员情况严重，旅客舒适度降低。

2.时间校正法。当列车晚点较多的时候，为了同计划运行时间一致，列车往往按照速度上限运行，这样可能会增加列车运行的不安全性，而且如果晚点的情况较多，列车也需要很长的时间才能调整到按计划时刻表运行。

3.时刻表平移法。由于列车计划时刻表统一平移，则当日列车末班车的时间必然延后，可能会产生一系列如司机延迟下班之类的问题。

3 调整优化

在发生重大延迟情况下，以列车延误时间作为旅客流量积累的依据，与故障排除后列车开行的密度建立调整模型，充分考虑列车重新开行后对旅客的疏导情况，根据数据模型重新生成列车运行计划，提高了列车调整方案对累计旅客流量的疏导能力。此方法为流量累计调整法。

本方法将积累的人流量，作为列车开行计划间隔计算参数，建立计划计算模型，ATS按照数据模型编制计划生成程序，待调度员确认后，全线列车再执行新的列车运行计划。

图2是发生重大晚点时显示的列车运行计划图和实际运行图。在时间T线路发生故障，所有到达S11车站的列车都停止运行，当出现这种情况时，需要采用本方法，生成新的列车运行计划，具体步骤如下:

图2 列车重大晚点示意图

1.首先进行地铁客流量分析。对于每一列地铁列车，列车的型号、线路车站数、运行线路都是不变的，因此，在实际运行过程中，乘客的流向是可以通过AFC(地铁自动售检票)系统统计得出的，图3为乘客流向图。

图3 乘客流向图

通过AFC系统，根据1周、10天、或者几个月的旅客进站人数，进行统计得出△ti时间段内一个平均数Q△ti(例如8:10至8:12，平均进站人数是200人)，如不是特殊日期，假定每天对应时间段的旅客进站人数大致相等，则旅客进站总人数F为:

2.再确定以最小运行间隔发车的列车数量。设定每趟车疏散的人流为Y，它由列车的型号确定，一般为此列车的最大载客量，也可以略小，则列车数量Z为 (floor是取整数的函数):

当然，旅客都愿意赶前一趟车尽快到达目的地，所以旅客流量是不会平均分配到各趟列车的。当F值大到一定程度，地铁工作人员也会停止其他旅客进站，因此，可以限定Z的最大值为6，也就是说旅客站台候车人数积累不是无限扩大的，是有一定限度的，6趟最小间隔发车的列车运行之后，计划列车恢复成正常运行间隔。

3.在ATS系统中每个车站都有缺省的停站时间H和缺省的发站到下站间运行时间T，j为发生重大延迟的车站号，列车运行最小间隔时间为X，缺省的运行间隔时间为W。

4.当发生重大列车晚点，故障排除后，先根据公式 (1)计算出累积的旅客流量，然后再依据公式 (2)计算出Z的值，按照Z的值，列车的最小间隔时间为X，缺省的停站时间Hj，缺省的发站到下站间运行时间Tj，共同计算，得出新的列车运行计划，如下列公式，其中Hj+1为j+1号站的缺省停站时间，Tj+1为j+1号站缺省的到下站的列车运行时间，last表示最后一站。

第一趟车在j车站的计划:当前时间 +Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

第二趟车在j车站的计划:当前时间 +X+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

…

第Z趟车在j车站的计划:当前时间 +(Z-1)X+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

Z趟车之后，大量拥挤的站台客流被疏散，列车转入正常运行，再开行的列车按照缺省的停站时间、运行时间、运行间隔制定列车运行计划。

第Z+1趟车在j车站的计划:当前时间+(Z-1)X+W+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

第Z+2趟车在j车站的计划:当前时间 +(Z-1)X+2W+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

…

第Z+n趟车在j车站的计划:当前时间 +(Z-1)X+nW+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…Hlast+Tlast

此n值为调整前原计划通过j车站的列车数量，用如上方法即可推出所有调整后的当日列车计划，这个计划还不是最终计划，还要考虑末班车的时间参数，例如某终点站末班车时间为23:30，那么超过此时间发车的计划，将被调整程序自动删除。通过一系列的计算得出调整后当日运行计划，显示在终端上，便于调度员核查，确认后供全线列车执行。

4 总结

本方法是一种针对地铁信号系统ATS子系统监督在线列车发生重大晚点时，由计算机软件程序对列车运行计划进行调整的高效的调整方式。与其他现有方法对比，本方法考虑了因晚点旅客滞留的情况，并建立了旅客流量与计划最小间隔发车数量之间的计算模型。这是一种创新的方案，最大限度地解决了前几趟车的拥挤，体现了以人为本的系统设计理念。

［1］ IEEE Std.1474.1-2004.IEEE基于通信的列车控制(CBTC)系统的性能和功能要求［S］.2004.

［2］ IEEE Std.1474.2-2003，IEEE基于通信的列车控制(CBTC)系统用户界面要求［S］.2003.